При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.
При изучении экосистем анализируют, прежде всего, поток энергии и круговорот веществ между соответствующими биотопом и биоценозом. Экосистемный подход учитывает общность организации всех сообществ независимо от местообитания. Это подтверждает сходство структуры и функционирования наземной и водной экосистем.
Самая крупная природная экосистема на Земле — биосфера. Граница между крупной экосистемой и биосферой столь же условна, как и между многими другими понятиями в экологии.
Биомы— наиболее крупные наземные экосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли (пустынные, травянистые и лесные); водные экосистемы— основные экосистемы, существующие в водной сфере (гидросфере). Иногда в литературе встречается близкая, но менее четкая классификация, прежде всего выделяющая влажные тропические леса, саванны, пустыни, степи, леса умеренного пояса, хвойные (тайгу), тундру.
Каждый биом включает в себя ряд меньших по размеру, связанных между собой экосистем. Одни из них могут быть очень крупными, площадью в миллионы квадратных километров, другие - мелкими, например, небольшой лесок. Важно то, что любую экосистему можно определить, как более или менее специфическую группировку растений и животных, взаимодействующих друг с другом и со средой. Так, легко выделить множество типов водных экосистем (ручьи, реки, озера, пруды, болота и др.) или подразделить океаны на отдельные экосистемы (коралловые рифы, континентальный шельф и т.д.). Четкие границы между экосистемами встречаются редко, обычно между ними находится переходная зона со своими особенностями. На границе двух экосистем, например, на опушке леса, одновременно встречаются представители лесных и луговых видов. Контрастность среды, а потому большее обилие экологических возможностей порождает «сгущение жизни», называемое правилом краевого эффектаили правилом экотона(от греч. oikos— дом, tonos— связь). Хорошо известно, что на опушках леса жизнь богаче, а в его глубине, как и в середине луга, она менее разнообразна. В природе все существует только совместно, а 2 рядом расположенных образования могут плавно переходить друг в друга.
|
|
|
Любую экосистему можно разделить на совокупность живых организмов и совокупность неживых факторов окружающей природной среды. Примерная структура экосистемы приведена на рис. 13.
Экотоп состоит из климата во всех многообразных его проявлениях и геологической среды (почв и грунтов), называемой эдафотопом.Экотоп— это то, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты жизнедеятельности.
|
|
|
Структура живой части биогеоценоза определяется трофо-энергетическими связями и отношениями, в соответствии с которыми выделяют 3 главных функциональных компонента:
- комплекс автотрофных организмов-продуцентов, обеспечивающих органическим веществом и, следовательно, энергией остальные организмы (фитоценоз, а также фото- и хемосинтезирующие бактерии);
- комплекс гетеротрофных организмов-консументов, живущих за счет питательных веществ, созданных продуцентами (зооценоз, а также бесхлорофилльные растения);
- комплекс организмов-редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мертвым органическим веществом).
В общем виде экосистемы подразделяются на естественные (луг, тундра, пустыня, лес, озеро, море, океан) и искусственные (город, агроэкосистема, аквариум, космический корабль).
По структурным признакам:
1. Наземные: тундра, степь, саванна, хвойные леса, тропики.
2. Пресноводные: озера, пруды, река, ручьи, болота.
3. Морские: открытый океан, прибрежные воды, проливы и пр.
По источникам энергии - 4 типа функциональных систем:
1. Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые (открытые океаны и высокогорные леса: Е=1000-10000 ккал/м2).
|
|
|
2. Природные, движимые Солнцем и субсидируемые другими естественными источниками (воды континентального шельфа, некоторые дождевые леса: Е=10000-40000 ккал/м2).
3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком (агроэкосистемы, аквариумы: Е=10000-40000 ккал/м2).
4. Города, пригороды, индустриальные зоны, движимые топливом (ископаемым, ядерным и т.д.). Глобальный источник не солнце, а топливо, хотя эти экосистемы зависят от первых трех.
В своем развитии человеческое общество прошло через все отмеченные четыре типа экосистем. Но сейчас наблюдается резкая поляризация развития: высокоразвитые страны потребляют в крупных масштабах нефть, уголь, газ. «Третий мир» зависит от биомассы (древесины) как основного источника энергии (т.е. движима Солнцем).
Подобно тому, как природные силы сменила эра горючих ископаемых, на смену им придет эра атомной энергии.
Например, дубрава – это совершенная иустойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Понятно, что при таком разнообразии видов, населяющих дубраву, поколебать устойчивость данного биогеоценоза, истребив один или несколько видов растений или животных, будет сложно. Растения – главное звено в экосистеме. Основу подавляющего большинства биогеоценозов составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами). А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядныеи плотоядные животные – потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков – преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты), то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения, образующиеся после распадаорганических веществ и ясно, что если растения – главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически прекратится.
|
|
|
В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов органические вещества подвергаются минерализации, т.е. превращаются в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза органических веществ автотрофами.
В структуре экосистем следует различать две части:
1 - резервный фонд – вещество, которое в данное время не связанное с живыми организмами, но может ими использоваться;
2 - обменный фонд – вещество, которое в данный момент входит в состав живых организмов и передается по цепям питания.
В качестве основного принципа организации и эволюции биосферы суши необходимо рассматривать постоянную тенденцию к увеличению объема и к ускорению биологического круговорота химических элементов в биосфере. Интенсификация биогеохимических процессов достигается самыми различными путями: дискретностью жизни, увеличением разнообразия форм живых организмов и их сообществ, совершенствованием фотосинтезирующего аппарата и совершенствованием физиологии организмов гетеротрофов.
Принцип интенсификации биологического круговорота наиболее ярко проявляется в экологической роли травоядных животных. Растительная масса, накопленная автотрофами, идет в пищу млекопитающим, которые своими экскрементами и трупами удобряют почву и тем самым ускоряют продукционный процесс у растений и способствуют повторному использованию атомов вещества в течение одного вегетационного периода.
5. Продуцирование и разложение в природе.
Фотосинтезирующие организмы, и лишь отчасти хемосинтезирующие, создают органические вещества на Земле —продукцию— в количестве 100 млрд т/год и примерно такое же количество веществ должно превращаться в результате дыхания растений в углекислый газ и воду. Однако этот баланс неточен, так как известно, что в прошлые геологические эпохи создавался избыток органического вещества, в особенности 300 млн лет тому назад, что выразилось в накоплении в осадочных породах угля. Человечество использует это энергетическое сырье.
Этот избыток образовался вследствие того, что в соотношении 02/С02баланс сдвинулся в сторону С02и заметная часть продуцированного вещества, хотя и очень небольшая, не расходовалась на дыхание и не разлагалась, а фоссилизировалась (окаменевала) и сохранялась в осадках. Сдвижение баланса в сторону повышения содержания кислорода около 100 млн лет назад сделало возможным эволюцию и существование высших форм жизни.
Без процессов дыхания и разложения, так же, как и без фотосинтеза, жизнь на Земле была бы невозможна.
Дыхание —это процесс окисления, который еще в древности справедливо сравнивали с горением. Благодаря дыханию как бы «сгорает» накопленное при фотосинтезе органическое вещество. Итак, дыхание — процесс гетеротрофный, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение.
Аэробное дыхание —процесс, обратный фотосинтезу, где окислитель, газообразный кислород присоединяет водород.Анаэробное дыханиепроисходит обычно в бескислородной среде и в качестве окислителя служат другие неорганические вещества, например, сера. И наконец,брожение —такой анаэробный процесс, где окислителем становится само органическое вещество.
Посредством процесса аэробного дыхания организмы получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток. Бескислородное дыхание — это основа жизнедеятельности сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие). Аэробное дыхание превосходит, и значительно, анаэробное в скорости.
Если поступление детрита (частичек отмершей органики) в почву или в донный осадок происходит в больших количествах, то бактерии, грибы, простейшие быстро расходуют кислород на его разложение, которое резко замедляется, но не останавливается вследствие «работы» организмов с анаэробным метаболизмом.
В целом, можно утверждать, что происходит некотороеотставание гетеротрофного разложения от продуцирования во времени. Такое соотношение наблюдается на уровне биосферы. Отставание гетеротрофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма есть одно из важнейших свойств экосистемы. Однако в результате деятельности человека, это свойство находится под угрозой и прежде всего из-за непомерного потребления кислорода огромными двигателями и другими аппаратами, которое может привести к снижению продукции.
Разложение детрита (частицы отмершей органики)путем его физического размельчения и биологического воздействия и доведение его сапрофагами до образования гумуса,гумификация,идет относительно быстро. Однако последний этап,минерализация гумуса,— процесс медленный, обусловливающий запаздывание разложения по сравнению с продуцированием.
Кроме биотических факторов, в разложении принимают участие и абиотические (пожары, которые можно считать «агентами разложения»). Но если бы мертвые организмы не разлагались бы гетеротрофными микроорганизмами и сапрофагами, для которых они служат пищей, все питательные вещества оказались бы в мертвых телах, и никакая новая жизнь не могла бы возникать.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 556; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!